一种用于3D打印砂型芯的水基涂料及其制备工艺制造技术

一种用于3D打印砂型芯用水基涂料及其制备工艺，所述水基涂料由复合耐火骨料，复合悬浮剂

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印砂型芯的水基涂料及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及铸造
中的一种水基涂料及其制备方法，具体涉及一种应用于铸钢、铸铁和有色合金的3D打印砂型芯铸造生产的水基涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印砂型芯大都是多孔多腔的复杂结构，因其特殊的成型工艺以及较低的砂粒目数，使具有垂直断面的砂型芯表面有明显的阶梯式痕迹，且3D砂型芯的紧实度及强度较传统工艺制备的砂型芯低，因此选择合适的施涂方式及高性能涂料对改善铸件表面质量起到关键作用。由于3D砂型芯结构及表面的独特性，刷涂和喷涂都不能满足其施涂要求，最合适的施涂方式是浸涂和流涂，生产厂家可以根据砂型芯的形状特点，选择浸涂或流涂。浸涂涂料和流涂涂料的性能是影响铸件表面质量的主要因素，因此，与普通砂型芯用水基涂料相比较，3D打印砂型芯用水基涂料的性能要求较高，不但要求其具有优秀的高温性能，如：抗粘砂性、热化学稳定性、高温烧结剥离性、低发气量，还要具有良好的常温性能，如：悬浮性、流平性、触变性、涂挂性、耐磨性、高固含量，并且要无毒、无污染、无刺激性气味。目前，国内生产上使用的水基浸涂涂料和流涂涂料性能不稳定，无法有效满足3D打印砂型芯的高质量要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于3D打印砂型芯的水基涂料及其制备工艺，该专利技术根据铸钢、铸铁和有色合金的高温浇铸特点、3D打印砂型芯的特点以及流涂和浸涂对涂料性能的要求，合理选用涂料中耐火骨料的种类，选择的悬浮剂、粘结剂、悬浮助剂、流变助剂，经过特殊处理后作为保证涂料性能的核心复合组合，不仅能够使涂料获得良好的悬浮性、流平性、触变性、涂挂性，还能有效减少溶剂含量，降低在施涂过程中因过多溶剂渗入3D打印砂型芯进而导致砂型芯强度下降的风险。
[0004]本专利技术技术方案如下：
[0005]一种用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于：所述水基涂料的配方组成的重量百分比是：复合耐火骨料70
‑
79％，复合悬浮剂
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粘结剂组合物5
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10％，消泡剂0.1
‑
0.3％，防腐剂0.2
‑
0.5％和溶剂15.5
‑
23％。
[0006]所述复合耐火骨料为锆英粉、白刚玉粉、莫来石粉、铝矾土粉、高岭土粉、滑石粉中的两种或两种以上；所述消泡剂为非离子型炔二醇改性表面活性剂；所述防腐剂为甲基氯异噻唑啉酮衍生物；所述溶剂为水。
[0007]所述复合悬浮剂
‑
粘结剂组合物由悬浮剂、粘结剂、悬浮助剂、流变助剂和溶剂组成，其中：悬浮剂为钠基膨润土、锂基膨润土、改性凹凸棒土之一种或多种，粘结剂为聚乙烯醇、改性硅酸盐无机粘结剂、温轮胶、醚化淀粉之一种或多种，悬浮助剂为气相二氧化硅、羟乙基纤维素之一种或多种，流变助剂为木质素磺酸钠；溶剂为水。
[0008]所述复合悬浮剂
‑
粘结剂组合物中各组分的是重量百分百比：悬浮剂23
‑
27％；粘
结剂32
‑
37％；悬浮助剂1
‑
2％；流变助剂0.8
‑
1.5％；溶剂35
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39％。
[0009]本专利技术所采用的悬浮剂及流变助剂为钠基膨润土、锂基膨润土、改性凹凸棒土、气相二氧化硅及羟乙基纤维素的混合物，使涂料具有优秀的悬浮性、涂挂性、流平性和触变性，根据客户生产现场的施涂要求，调整成分及配比，即可分别满足浸涂涂料性能的要求或流涂涂料性能的要求。气相二氧化硅粒径很小，比表面积大，表面吸附能力很强，分散性能好；羟乙基纤维素具有优秀的增稠、分散、保水保胶等特性。本专利技术中的悬浮剂组合，经过生产加工后，在悬浮助剂的作用下，蒙脱石的片层结构与累托石的针棒结构紧密交织在一起，具备稳定的悬浮能力。因此使用本专利技术中悬浮剂组合制备的浸涂涂料和流涂涂料具有优异的悬浮稳定性，除了保证涂料在运输和储存过程中不分层不板结之外，还能防止在使用过程中，因涂料沉降造成施涂设备管道的堵塞，确保泵出的涂料呈均质状态。使用本专利技术中悬浮剂组合制备的浸涂涂料和流涂涂料具有合适的触变性，即在外力作用下涂料粘度变稀，外力去除后涂料粘度在短时间内适当变稠。在外力作用下，较低的粘度有利于涂料的运动，保证涂料能在复杂孔腔、缝隙、沟槽等部位得到有效涂挂。外力去除后，涂料粘度变稠，可以建立厚度均匀的涂层结构，避免产生滴痕和推积。使用本专利技术中悬浮剂组合制备的浸涂涂料和流涂涂料具有良好的流平性，即涂层表面出现轻微堆积、流痕的情况下，可以借助涂料本身的表面张力、重力等作用下使涂层表面变得平滑、均匀。
[0010]本专利技术采用的粘结剂为聚乙烯醇、改性硅酸盐无机粘结剂、温轮胶、醚化淀粉的混合物。温轮胶和醚化淀粉均具有良好的分散性、耐温性、抗离析性和增稠性，与有机物、无机物均有极好的相溶性。该粘结剂组合可以有效的提高粘结剂的固含量以及粘结性能，只需较低的加入量，即可在常温和高温条件下获得合适的强度，同时涂料的发气量大幅度降低，减少铸件因发气量过大而产生的气孔缺陷，扩大了涂料的使用范围，可以满足不同合金铸件的浇注要求。
[0011]作为优选的技术方案：
[0012]所述复合悬浮剂
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粘结剂组合物的组成是重量百分比：
[0013]悬浮剂
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粘结剂组合物1号：钠基膨润土5％、锂基膨润土5％、改性凹凸棒土15％、木质素磺酸钠1％、气相二氧化硅0.75％、羟乙基纤维素0.75％、聚乙烯醇30％、改性硅酸盐无机粘结剂1.5％、温轮胶2.5％、醚化淀粉1％、水37.5％；
[0014]悬浮剂
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粘结剂组合物2号：钠基膨润土5％、锂基膨润土12.5％、改性凹凸棒土7.5％、木质素磺酸钠1.25％、气相二氧化硅0.5％、羟乙基纤维素0.75％、聚乙烯醇30％、改性硅酸盐无机粘结剂1.5％、温轮胶1％、醚化淀粉2.5％、水37.5％。
[0015]所述水基涂料的配方组成是重量百分比：
[0016]锆英粉50％，白刚玉粉20％，铝矾土粉5％，悬浮剂
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粘结剂组合物1号8％，防腐剂0.4％，消泡剂0.1％，水16.5％；
[0017]或：白刚玉粉60％，莫来石粉10％，铝矾土粉5％，悬浮剂
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粘结剂组合物1号6.5％，防腐剂0.3％，消泡剂0.2％，水18％；
[0018]或：莫来石粉50％，高岭土粉15％，滑石粉8％，悬浮剂
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粘结剂组合物1号8.5％，防腐剂0.3％，消泡剂0.3％，水17.9％。
[0019]锆英粉45％，白刚玉粉20％，莫来石粉7％，悬浮剂
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粘结剂组合物2号7.5％，防腐剂0.4％，消泡剂0.1％，水20％；
[0020]或：铝矾土粉55％，高岭土粉10％，滑石粉7％，悬浮剂
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粘结剂组合物2号8％，防腐剂0.3％，消泡剂0.2％，水19.5％；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于：所述水基涂料的配方组成的重量百分比是：复合耐火骨料70
‑
79％，复合悬浮剂
‑
粘结剂组合物5
‑
10％，消泡剂0.1
‑
0.3％，防腐剂0.2
‑
0.5％和溶剂15.5
‑
23％。2.按照权利要求1所述用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于：所述复合耐火骨料为锆英粉、白刚玉粉、莫来石粉、铝矾土粉、高岭土粉、滑石粉中的两种或两种以上；所述消泡剂为非离子型炔二醇改性表面活性剂；所述防腐剂为甲基氯异噻唑啉酮衍生物；所述溶剂为水。3.按照权利要求1所述用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于：所述复合悬浮剂
‑
粘结剂组合物由悬浮剂、粘结剂、悬浮助剂、流变助剂和溶剂组成，其中：悬浮剂为钠基膨润土、锂基膨润土、改性凹凸棒土之一种或多种，粘结剂为聚乙烯醇、改性硅酸盐无机粘结剂、温轮胶、醚化淀粉之一种或多种，悬浮助剂为气相二氧化硅、羟乙基纤维素之一种或多种，流变助剂为木质素磺酸钠；溶剂为水。4.按照权利要求3所述用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于：所述复合悬浮剂
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粘结剂组合物中各组分的是重量百分百比：悬浮剂23
‑
27％；粘结剂32
‑
37％；悬浮助剂1
‑
2％；流变助剂0.8
‑
1.5％；溶剂35
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39％。5.按照权利要求1～4任一项所述用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于：所述复合悬浮剂
‑
粘结剂组合物的组成是重量百分比：悬浮剂
‑
粘结剂组合物1号：钠基膨润土5％、锂基膨润土5％、改性凹凸棒土15％、木质素磺酸钠1％、气相二氧化硅0.75％、羟乙基纤维素0.75％、聚乙烯醇30％、改性硅酸盐无机粘结剂1.5％、温轮胶2.5％、醚化淀粉1％、水37.5％；悬浮剂
‑
粘结剂组合物2号：钠基膨润土5％、锂基膨润土12.5％、改性凹凸棒土7.5％、木质素磺酸钠1.25％、气相二氧化硅0.5％、羟乙基纤维素0.75％、聚乙烯醇30％、改性硅酸盐无机粘结剂1.5％、温轮胶1％、醚化淀粉2.5％、水37.5％。6.按照权利要求1～4任一项项所述用于3D打印砂型芯的水基涂料，其特征在于，所述水基涂料的配方组成是重量百分比：锆英粉50％，白刚玉粉20％，铝矾土粉5％，悬浮剂
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粘结剂组合物1号8％，防腐剂0.4％，消泡剂0.1％，水16.5％；或：白刚玉粉60％，莫来石粉10％，铝矾土粉5％，悬浮剂
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粘结剂组合物1号6.5％，防腐剂0.3％，消泡剂0.2％，水18...

【专利技术属性】
技术研发人员：高天娇，尹绍奎，李玲，谭锐，于瑞龙，刘加军，李延海，张海东，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：